Пространственные конструкции

 

В пространственных покрытиях все элементы связаны между собой и работают как единое целое, совмещая все ограждающие и несущие функции. Это снижает расход материала и вес покрытия, делает его более экономичным и позволяет перекрывать большие площади без промежуточных опор.

Пространственные конструкции могут выполняться из дерева, металла, кирпича, но основное применение получили железобетонные и армоцементные конструкции.

Основными типами пространственных покрытий являются своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой кривизны и подвесные покрытия.

Сводом называется покрытие, имеющее снизу вогнутую криволинейную поверхность. Своды, кроме вертикальных нагрузок, передают на опоры горизонтальный распор.

Своды могут быть кирпичными и бетонными, т. е. выполняться из материала, способного воспринимать лишь сжимающие напряжения, вследствие чего ими перекрывают небольшие пространства.

Купола являются разновидностью сводов и применяются для перекрытия в основном круглых в плане объемов здания (рис. 49).

Рис. 49. Купол со стальным каркасом

 

Распор в куполах воспринимается располагаемым понизу опорным кольцом. Купола ранее выполнялись в виде сплошных кирпичных сводов или каркасными – деревянными или стальными. В настоящее время применение в строительстве железобетона, хорошо сопротивляющегося сжатию, растяжению и изгибу и способного принимать любые формы, позволило создать новые решения пространственных покрытий в виде тонкостенных сводов-оболочек и куполов, перекрывающих большие пролеты. Такие конструкции выполняются монолитными и сборно-монолитными.

Из различных типов оболочек наибольшее распространение получили цилиндрические, складчатые и оболочки двоякой кривизны.

Цилиндрические оболочки состоят из скорлупы-оболочки торцовых опорных диафрагм и бортовых элементов, представляющих собой единую жесткую конструкцию. Расстояние между торцовыми опорными диафрагмами (l₁) называют пролетом оболочки, а между бортовыми элементами (l₂) – шириной волны. Оболочки бывают одно-и многоволновыми.

Если пролет оболочки превышает ее ширину, оболочку называют длинной, если пролет меньше ширины – короткой.

Составные части сборно-монолитных оболочек имеют разную конфигурацию. Бортовые элементы выполняются в виде балок двутаврового сечения с криволинейным верхним поясом; скорлупа-оболочка – из отдельных цилиндрических панелей, усиленных по периметру и по краям средней трети длины ребрами; опорные торцовые диафрагмы – в виде сборных железобетонных арок с затяжкой (рис. 50).

 

Рис. 50. Большепролетные конструкции покрытий:

а – сборно-монолитное покрытие из длинных цилиндрических оболочек;

Соединение плит между собой осуществляется с помощью сварки выпусков арматуры и замоноличиванием швов бетоном.

Складчатые конструкции покрытий – разновидность длинных оболочек. Они состоят из жестко связанных между собой плоских плит, опорных диафрагм и бортовых элементов (рис. 51).

Рис. 51. Складчатое покрытие

 

Оболочка двоякой кривизны состоит из контурных диафрагм (железобетонных ферм) и скорлупы-оболочки, собираемой из плоских рядовых, крайних и угловых плит с контурными и диагональными ребрами (рис. 52).

Рис. 52. Сборная железобетонная оболочка двоякой кривизны

Соединение плит оболочки между собой достигается сваркой выпусков арматуры с последующим замоноличиванием швов. Связь скорлупы-оболочки с контурными фермами осуществляется сваркой арматуры ферм с арматурой, выпущенной из ребер крайних и угловых плит, и замоноличиванием стыков бетоном. Такие оболочки обладают высокой пространственной жесткостью и выполняются преимущественно многопролетными с укрупненной сеткой колонн.

К покрытиям двоякой кривизны относятся также конструкции волнистых сводов-оболочек, позволяющие перекрывать пролеты до 100 метров (рис. 53).

Рис. 53. Покрытие из волнистых сводов-оболочек

Подвесное покрытие состоит из системы стальных тросов высокой прочности (вантов), подвешенных к окаймляющим сооружение конструкциям, создающим опоры для плит покрытий (рис. 54). Тросы на концах снабжены анкерными устройствами и работают только на растяжение.

Рис. 54. Подвесное покрытие:

1 – сборные элементы; 2 – ванты; 3 – подвески; 4 – опоры.

 

К пространственным могут быть отнесены пневматические строительные конструкции, применяемые при возведении различных хранилищ, укрытий для оборудования и других сооружений временного типа. Эти конструкции можно подразделить на две основные группы: воздухоопорные и пневмокаркасные.

Воздухоопорная конструкция состоит из тканевой оболочки, которая прочно по всему периметру сооружения крепится к основанию, воздуходувки и воздушного шлюза. Воздуходувка создает под оболочкой избыточное давление воздуха и автоматически его поддерживает. Благодаря этому оболочка оказывается надутой и перекрывает помещение (рис. 55, а).

Примером пневмокаркасной конструкции служит свод с несущими надувными арками, внутри которых поддерживается избыточное давление, и наружной ограждающей оболочки из водонепроницаемой ткани или пленки (рис. 55, б). Благодаря малому весу и транспортабельности, пневматические конструкции легко монтируются и демонтируются без применения кранов.

Рис. 62. Большепролетные конструкции покрытий:

а – пневматическое покрытие воздухоопорное; б – то же, пневмокаркасное.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие существуют конструкции большепролетных зданий с пространственными покрытиями?

2. Перечислите несущие конструкции, относящиеся к группе плоскостных.